1. Động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm – Tương lai của động cơ
Động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm là một loại động cơ nam châm vĩnh cửu mới xuất hiện vào đầu những năm 1970.
Do đặc tính từ tuyệt vời của vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm, chúng có thể thiết lập từ trường vĩnh cửu mạnh mà không cần năng lượng bên ngoài sau khi từ hóa.
Động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm không chỉ có hiệu suất cao mà còn có cấu trúc đơn giản và hoạt động đáng tin cậy.Nó cũng có thể có kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ.
Được chế tạo thành các động cơ đặc biệt có thể đáp ứng các yêu cầu vận hành cụ thể, chẳng hạn như động cơ kéo thang máy, động cơ đặc biệt cho ô tô, v.v.
Sự kết hợp giữa động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm với công nghệ điện tử công suất và công nghệ điều khiển máy vi tính đã nâng hiệu suất của động cơ và hệ thống truyền động lên một tầm cao mới.
Cải thiện hiệu suất và mức độ của các thiết bị kỹ thuật hỗ trợ là một hướng phát triển quan trọng cho ngành công nghiệp ô tô để điều chỉnh cơ cấu công nghiệp.
Động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực hàng không, vũ trụ, quốc phòng, chế tạo thiết bị, sản xuất công nông nghiệp và đời sống hàng ngày.
Nó bao gồm động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, máy phát nam châm vĩnh cửu, động cơ DC, động cơ DC không chổi than, động cơ servo nam châm vĩnh cửu AC, động cơ tuyến tính nam châm vĩnh cửu, động cơ nam châm vĩnh cửu đặc biệt và các hệ thống điều khiển liên quan, bao gồm gần như toàn bộ ngành công nghiệp động cơ.
2. Chính sách hỗ trợ động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm
Vào ngày 22 tháng 11 năm 2021, Bộ Công nghiệp và Công nghệ thông tin và Cục quản lý nhà nước về điều tiết thị trường đã cùng ban hành “Kế hoạch nâng cao hiệu quả năng lượng của động cơ (2021-2023)”, đề xuất rằng đến năm 2023, sản lượng hàng năm của năng lượng và hiệu suất cao - động cơ tiết kiệm sẽ đạt 170 triệu kilowatt, tỷ lệ động cơ hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng đang sử dụng đạt hơn 20%, tiết kiệm điện hàng năm là 49 tỷ kWh.
Văn bản đề cập rõ “Đối với quạt, máy bơm, máy nén khí, máy công cụ và các thiết bị đa năng khác, khuyến khích sử dụng động cơ điện có hiệu suất năng lượng từ cấp 2 trở lên.
Đối với các điều kiện vận hành có tải thay đổi, hãy quảng cáo động cơ nam châm vĩnh cửu tần số thay đổi có hiệu suất năng lượng cấp 2 trở lên.”
Theo phiên bản 2013 của tiêu chuẩn “Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu”, việc sản xuất động cơ nam châm vĩnh cửu hiện tại được phân bổ theo các khoảng tiêu thụ năng lượng cấp một và cấp hai;kết hợp với “Giới hạn hiệu suất năng lượng của động cơ và cấp hiệu suất năng lượng” (GB 18613-2020) và “Kế hoạch cải thiện hiệu suất năng lượng của động cơ”, chỉ một số động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm NdFeB hiệu suất cao mới có thể đạt hiệu suất trên 95% tiêu chuẩn tiêu thụ năng lượng cấp một (tương ứng với IE5) và phần còn lại của động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm thuộc tiêu chuẩn tiêu thụ năng lượng cấp hai.
Hiện tại, động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm có thể tiết kiệm hơn 10% điện năng và tăng hiệu suất lên hơn 95%.
Sử dụng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu đất hiếm, tỷ lệ tiết kiệm điện của công suất phản kháng có thể đạt 85% và tỷ lệ tiết kiệm điện của công suất tác dụng có thể đạt 23% ~ 25%.Hiệu quả tiết kiệm điện là đáng chú ý.
3. Tại sao chúng ta nên phát triển mạnh mẽ động cơ tiết kiệm năng lượng nam châm vĩnh cửu đất hiếm?
(1) Động Cơ Công Nghiệp Là Lĩnh Vực Tiêu Thụ Điện Nhiều Nhất Trong Xã Hội.
Vào năm 2020, lượng động cơ nắm giữ của Trung Quốc sẽ vào khoảng 4 tỷ kwh và tổng mức tiêu thụ điện năng sẽ vào khoảng 4,8 nghìn tỷ kwh, chiếm 64% tổng mức tiêu thụ điện của toàn xã hội.
Trong đó, tổng điện năng tiêu thụ của động cơ trong lĩnh vực công nghiệp sẽ là 3,84 nghìn tỷ kWh, chiếm 75% điện năng tiêu thụ trong công nghiệp, cứ tăng 1% hiệu suất năng lượng của động cơ trong lĩnh vực công nghiệp có thể tiết kiệm được khoảng 38,4 tỷ kWh điện mỗi năm, và hiệu suất năng lượng tăng 3% tương đương với sản lượng điện hàng năm của Tam Hiệp.
Hội đồng Nhà nước đã ban hành “Kế hoạch hành động về đỉnh carbon năm 2030”, tập trung vào việc thúc đẩy tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả của các thiết bị tiêu thụ năng lượng chính, tập trung vào động cơ, quạt, máy bơm, máy nén, máy biến áp, bộ trao đổi nhiệt, nồi hơi công nghiệp và các thiết bị khác để nâng cao toàn diện tiêu chuẩn hiệu suất năng lượng.
(2) Động cơ tiết kiệm năng lượng và hiệu suất cao Đề cập đến động cơ tiêu chuẩn đa dụng với hiệu suất cao
(đáp ứng trên tiêu chuẩn cấp hai của tiêu chuẩn hiệu quả năng lượng động cơ mới).Vào tháng 5 năm 2020, Trung Quốc đã công bố tiêu chuẩn mới nhất về hiệu quả năng lượng của động cơ “GB18613-2020 Giới hạn hiệu suất năng lượng của động cơ và các cấp hiệu suất năng lượng”, tiêu chuẩn này chính thức được triển khai vào ngày 1 tháng 6 năm 2021 và buộc các động cơ tiết kiệm năng lượng dưới IE3 (tiêu chuẩn quốc tế) phải ngừng sản xuất.
Các loại động cơ bao gồm động cơ không đồng bộ ba pha, động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm, v.v... Động cơ không đồng bộ truyền thống có thể được tăng cường bằng cách tăng vật liệu (tăng đường kính ngoài của lõi sắt, tăng kích thước rãnh stato, tăng trọng lượng của dây đồng , và sử dụng các tấm thép silic có tính thấm từ tốt).
Tuy nhiên, do nguyên tắc làm việc cơ bản của nó, rất khó để cải thiện hiệu suất của động cơ không đồng bộ truyền thống.Ví dụ, một số động cơ tiết kiệm năng lượng IE4 và IE5 thích sử dụng chế độ nam châm vĩnh cửu.
(3) Quan trọng hơn, so với động cơ không đồng bộ, động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm có ưu điểm tiết kiệm năng lượng tự nhiên.
1) Tiết kiệm năng lượng:
Khác với động cơ không đồng bộ, rôto của động cơ nam châm vĩnh cửu không cần dòng kích thích và tiết kiệm năng lượng khoảng 15% -20%.
2) Hiệu quả cao:
Hiệu suất của động cơ nam châm vĩnh cửu cao hơn 2-19 điểm phần trăm so với động cơ truyền thống.
3) Động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm có cấu trúc đơn giản và tỷ lệ hỏng hóc thấp.
4) Tuổi thọ cao:
Rôto của động cơ nam châm vĩnh cửu sử dụng cấu trúc kín nhúng, có lợi trong việc giảm ma sát và oxy hóa trong quá trình quay, đồng thời cải thiện độ ổn định và tuổi thọ của động cơ. (4) Chu kỳ phục hồi của việc thay thế động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm là khoảng 1- 2 năm, và lợi ích kinh tế thực sự rõ ràng.
4. Sự khác biệt giữa động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm và động cơ truyền thống
Động cơ nam châm vĩnh cửu là động cơ đồng bộ DC/AC trong đó stato là nam châm vĩnh cửu và chỉ có rôto là cuộn dây.Stator của một động cơ thông thường là một cuộn dây (nam châm điện).
1) Bản Chất Của Từ Trường.
Sau khi động cơ nam châm vĩnh cửu được chế tạo, nó có thể duy trì từ trường mà không cần năng lượng bên ngoài;động cơ truyền thống cần dòng điện để có từ trường.
2) Các dịp áp dụng.
Động cơ truyền thống cần truyền động cơ chế giảm tốc để đạt được mô-men xoắn cao, trong khi động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm có thể thay thế cơ chế giảm tốc để đạt được truyền động trực tiếp.
3) Động cơ nam châm vĩnh cửu có độ rung nhỏ và ổn định khi chạy tốt.
4) Mật độ và hiệu quả năng lượng cao.
So với động cơ thông thường, động cơ nam châm vĩnh cửu có mật độ công suất cao, điều này chủ yếu có nghĩa là động cơ nam châm vĩnh cửu có kích thước nhỏ và công suất phát hoặc đầu ra lớn.
So với động cơ thông thường, tiết kiệm năng lượng có thể đạt 20% -40%.Cấu trúc cánh quạt của động cơ nam châm vĩnh cửu khác với cấu trúc của động cơ thông thường.
Các cực nam châm vĩnh cửu được lắp trên rôto của động cơ nam châm vĩnh cửu;cuộn dây kích thích được lắp đặt trên rôto của động cơ thông thường và từ trường cần được cung cấp dòng điện.So với động cơ truyền thống, bất kỳ điểm tốc độ nào cũng tiết kiệm điện, đặc biệt ở tốc độ thấp.
5) Kích thước nhỏ, nhẹ, tăng nhiệt độ thấp
Động cơ nam châm vĩnh cửu có cấu trúc đơn giản.
Do sử dụng nam châm vĩnh cửu hiệu suất cao để cung cấp từ trường, từ trường khe hở không khí của động cơ nam châm vĩnh cửu được tăng cường đáng kể so với động cơ thông thường, trong khi khối lượng và trọng lượng của động cơ nam châm vĩnh cửu giảm đáng kể so với động cơ thông thường .
Kích thước và hình dạng cũng linh hoạt.Việc kích thích không bằng điện của rôto có nghĩa là không có tổn thất và sinh nhiệt.
Do đó, độ tăng nhiệt độ của động cơ nam châm vĩnh cửu nói chung là rất thấp.
6) Tỷ lệ thất bại thấp hơn, được sử dụng rộng rãi
Do sử dụng vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm hiệu suất cao để cung cấp từ trường nên tỷ lệ hỏng hóc thấp hơn và được sử dụng phổ biến hơn.
7) Mô-men xoắn khởi động lớn và hiệu suất tốt
Vì cuộn dây rôto không hoạt động khi động cơ nam châm vĩnh cửu hoạt động bình thường, nên cuộn dây rôto có thể được thiết kế để đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về mô-men xoắn khởi động cao, ví dụ, từ 1,8 lần đến 2,5 lần hoặc thậm chí lớn hơn.
5. Tuổi thọ của động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm là bao lâu?Từ tính sẽ suy yếu theo thời gian?
Tuổi thọ của động cơ nam châm vĩnh cửu thường là 15-20 năm và tuổi thọ của động cơ chủ yếu phụ thuộc vào việc bảo trì của người dùng.
Ngoài ra, chất lượng của môi trường sử dụng động cơ nam châm vĩnh cửu và các yếu tố như điện, từ tính, nhiệt, độ rung và các yếu tố khác mà động cơ nhận được trong quá trình sử dụng sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu!
Nam châm chung có tuổi thọ sử dụng.Khi được sử dụng trong một số năm nhất định, từ tính sẽ yếu đi, nhưng tính chất từ tính của vật liệu nam châm vĩnh cửu NdFeB thay đổi rất ít theo thời gian và nam châm vĩnh cửu đất hiếm nằm trong vòng đời thiết kế của động cơ (10-20 năm).
Độ suy giảm hiệu suất từ tính nhỏ hơn 3%.Theo thiết kế động cơ và công nghệ điều khiển điện tử hiện có, nó ít ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của động cơ.
Lý do khử từ của động cơ nam châm vĩnh cửu:
01. Lựa chọn các loại thép từ tính không phù hợp
Nếu tính toán thiết kế động cơ không đủ chính xác và chọn sai cấp thấp hơn, chẳng hạn như nên chọn nam châm vĩnh cửu 180°C nhưng chọn sai 155°C, có thể xảy ra tình huống như vậy: thử nghiệm ban đầu chỉ số ghi lại của quá trình thử nghiệm là rất tốt, Khi động cơ dần dần có xu hướng ổn định nhiệt, các chỉ số liên quan của động cơ bắt đầu xấu đi và ngày càng sai lệch so với mong đợi của thiết kế.Tại một thời điểm nhất định, dòng điện tăng mạnh, biến tần dừng nhanh chóng và mã quá dòng được hiển thị.Kiểm tra lại đặc tính không tải của mô tơ, biểu hiện mô tơ bị mất từ tính, phải thay thép từ tính.
02. Quá nóng Vấn đề khử từ
Mất từ tính do quá nhiệt là một chủ đề nhạy cảm và việc giảm tính chất từ của nam châm cũng có thể dẫn đến các vấn đề quá dòng và quá nhiệt.Nếu loại trừ ảnh hưởng của đặc tính từ tính của thép từ tính và chỉ xem xét yếu tố nhiệt, có thể xác định rằng có hai tình huống sẽ xảy ra hiện tượng khử từ quá nhiệt: thứ nhất, đường thông gió tuần hoàn trong động cơ là không hợp lý, vi phạm quy luật dẫn nhiệt lạnh tự nhiên, dẫn đến tích tụ nhiệt cục bộ;thứ hai, Tải nhiệt của cuộn dây quá cao và quá trình sinh nhiệt vượt quá mức trao đổi nhiệt của hệ thống trao đổi nhiệt động cơ.
03. Vấn đề dòng điện khử từ quá mức
Khi động cơ đang chạy, khi dòng tải vượt quá khả năng khử từ của nam châm sẽ gây ra hiện tượng khử từ không thể đảo ngược của nam châm, điều này sẽ làm tăng thêm dòng tải và làm trầm trọng thêm quá trình khử từ không thể đảo ngược của nam châm.Sự chuyển động qua lại này tăng tốc quá trình khử từ không thể đảo ngược cho đến khi khử từ.
Làm thế nào để ngăn chặn quá trình khử từ của động cơ nam châm vĩnh cửu?
01. Lựa chọn đúng công suất động cơ nam châm vĩnh cửu:
Khử từ có liên quan đến việc lựa chọn công suất của động cơ nam châm vĩnh cửu.Lựa chọn đúng công suất động cơ PM có thể ngăn chặn hoặc trì hoãn quá trình khử từ.Nguyên nhân chính của việc khử từ của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là do nhiệt độ quá cao và quá tải là nguyên nhân chính dẫn đến nhiệt độ cao.Do đó, nên để lại một lề nhất định khi chọn công suất của động cơ nam châm vĩnh cửu.Theo tình hình thực tế của tải, nói chung, khoảng 20% là phù hợp hơn.
02. Tránh khởi động tải nặng và khởi động thường xuyên:
Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cố gắng tránh khởi động trực tiếp hoặc khởi động thường xuyên khi tải nặng.Trong quá trình khởi động, mô-men xoắn khởi động đang dao động và trong phần thung lũng của mô-men xoắn khởi động, từ trường của stato đang khử từ cực từ của rôto.Do đó, cố gắng tránh tải nặng và khởi động thường xuyên động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
03. Cải thiện thiết kế:
(1) Tăng độ dày của nam châm vĩnh cửu một cách thích hợp:
Từ góc độ thiết kế và sản xuất động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, cần xem xét mối quan hệ giữa phản ứng phần ứng, mô-men xoắn điện từ và quá trình khử từ của nam châm vĩnh cửu.
Dưới tác động kết hợp của từ thông được tạo ra bởi dòng điện cuộn dây mô-men xoắn và từ thông được tạo ra bởi cuộn dây lực hướng tâm, các nam châm vĩnh cửu trên bề mặt rôto dễ dàng gây ra hiện tượng khử từ.
Trong điều kiện khe hở không khí của động cơ không thay đổi, để đảm bảo nam châm vĩnh cửu không bị khử từ, phương pháp hiệu quả nhất là tăng độ dày của nam châm vĩnh cửu một cách thích hợp.
(2) Có một mạch rãnh thông gió bên trong rôto để giảm sự gia tăng nhiệt độ của rôto:
Nếu nhiệt độ của rôto quá cao, nam châm vĩnh cửu sẽ gây ra hiện tượng mất từ tính không hồi phục.Trong thiết kế kết cấu, mạch thông gió bên trong rôto có thể được thiết kế để làm mát trực tiếp thép từ tính.Không chỉ làm giảm nhiệt độ của thép từ tính mà còn cải thiện hiệu quả của nó.
Video
